Geologia

identyfikują skały osadowe i etapy cyklu skalnego związane z ich powstawaniem.

przejdźmy do skał osadowych i ich powstawania.

czego się nauczysz

  • Określ cechy skały osadowej.
  • omów rolę wietrzenia, osadzania się i erozji w cyklu skalnym.
Zdjęcie Białego Domu

Rysunek 1. Biały Dom USA zbudowany jest ze skały osadowej zwanej piaskowcem.

Biały Dom (pokazany na rysunku 1) jest oficjalnym domem i miejscem pracy prezydenta Stanów Zjednoczonych Ameryki. Jak myślisz, dlaczego Biały Dom jest biały? Jeśli odpowiesz: „ponieważ jest zrobiony z białej skały”, będziesz tylko częściowo poprawny. Budowa Białego Domu rozpoczęła się w 1792 roku. Jego zewnętrzne ściany zbudowane są z piaskowca skał osadowych. Ten piaskowiec jest bardzo porowaty i łatwo jest przeniknąć przez wodę deszczową. Uszkodzenia wody były powszechne w pierwszych dniach budowy budynku. Aby zatrzymać uszkodzenia wody, pracownicy pokryli piaskowiec mieszaniną soli, ryżu i kleju, które pomagają nadać Białemu Domowi charakterystyczny biały kolor.

Lityfikacja—osady do skał osadowych

skały osadowe to skały zbudowane z osadów litowanych. Osady są ziarnami skał, minerałów lub mineraloidów osadzonych na powierzchni Ziemi. Zastanów się nad cyklem skalnym, aby wskazać relacje między skałami, które ulegają erozji, aby stać się osadami, a skałami osadowymi. Aby osad stał się skałą osadową, Zwykle poddawany jest grzebaniu, zagęszczaniu i cementowaniu.

klastyczne skały osadowe są wynikiem wietrzenia i erozji skał źródłowych, które przekształcają je w kawałki—klasty—skał i minerałów. Gdy staną się kawałkami, te klasty mogą swobodnie oddalić się od swojej skały źródłowej i zwykle to robią. Są one najczęściej transportowane przez wodę i osadzane jako warstwy osadu.

etap pochówku polega na odkładaniu się większej ilości warstw osadu na wierzchu tych, które zostały osadzone wcześniej. W zbiorniku osadowym, w którym osadza się osad, powszechne jest osiadanie (opuszczanie) basenu, ponieważ skorupa i litosfera pod nią opadają w płaszczu do pewnego stopnia, lub ponieważ otaczające wyżyny przechodzą podniesienie w stosunku do basenu, lub oba. Pozwala to na pochowanie tysięcy stóp, w niektórych przypadkach dziesiątek tysięcy stóp pochówku.

gdy osady są zakopywane, ciężar materiału pokrywającego wywiera nacisk, powodując zagęszczenie osadów. Ciśnienie, znane jako ciśnienie litostatyczne, „ściska” osady ze wszystkich stron w mniejszą objętość. Ciśnienie litostatyczne zbliża ziarna osadu do siebie i zmniejsza porowatość-przestrzeń między ziarnami osadu.

niektóre chemiczne skały osadowe są skałami zaraz po osadzeniu się osadów przez krystalizację minerałów z substancji rozpuszczonych w wodzie, na powierzchni Ziemi. Przykładami są sól kamienna i inne osady parytetowe. Te osady kryształów soli i innych minerałów tworzą skałę osadową bez konieczności poddawania się grzebaniu i zagęszczaniu.

podczas zakopywania i zagęszczania osady ulegają pewnej ilości cementacji. Cementacja odnosi się do wzrostu nowych minerałów między ziarnami osadu. Te nowe minerały wiążą ziarna osadu razem. Jedną z form cementowania jest wzrost obręczy kwarcowych na powierzchniach wcześniej istniejących ziaren kwarcu w osadzie. Ten nowy wzrost minerałów jest wynikiem wody w przestrzeniach porów, która rozpuszcza się i wytrąca kwarc. Drugim powszechnym minerałem cementującym jest hematyt, czerwony lub rdzawy tlenek żelaza, który wytrąca się na ziarna osadu z połączenia rozpuszczonego żelaza i tlenu z wody w przestrzeniach porów. Trzecim powszechnym minerałem cementującym jest kalcyt, który również wytrąca się z jonów rozpuszczonych w wodzie w przestrzeniach porów podczas litowania. Chociaż istnieją inne minerały cementujące, kwarc, hematyt i kalcyt są powszechnymi minerałami cementującymi, które rosną między lub na powierzchniach oryginalnych ziaren osadowych.

uogólnione etapy od źródła do skały osadowej:
weathering >> erosion >> transport >> deposition >> burial >> compaction >> cementation >> sedimentary rock

Minerals and Sedimentary Rocks

Any type of rock containing any type of mineral will undergo weathering and erozja na powierzchni Ziemi. Jednak niektóre minerały są bardziej stabilne niż inne w środowiskach powierzchniowych ziemi i częściej występują w skałach osadowych.

ziarna osadu klastycznego, które nazywane są klastrami, są przesiewane i modyfikowane podczas procesu wietrzenia do osadzania. Wietrzenie minerałów będzie stopniowo eliminować słabsze fizycznie i chemicznie bardziej reaktywne minerały, zwiększając względną obfitość minerałów bardziej odpornych. Kwarc staje się coraz bardziej obfity podczas procesu, ze względu na jego powszechne występowanie w skałach źródłowych w połączeniu z jego twardością i brakiem rozszczepienia, co czyni go odpornym na rozpad fizyczny. Kwarc nie jest łatwo rozpuszczony lub chemicznie zmieniony, więc jest odporny na rozpad przez reakcje chemiczne, jak również. Dlatego piasek plażowy jest często bardziej bogaty w Kwarc niż jakikolwiek inny minerał. Osady bogate w Kwarc uważa się za „Dojrzałe” mineralogicznie, ponieważ zostały poddane dłuższym okresom modyfikacji fizycznych i chemicznych podczas procesu erozji do osadzania. Dojrzałe osady są osadzane dalej od skał źródłowych w przestrzeni i / lub czasie niż osady niedojrzałe.

Fildspary są najczęstszym rodzajem minerału w skorupie ziemskiej i występują również w wielu osadach klastycznych i skałach osadowych. Chociaż skaleń jest dość twardym minerałem, rozszczepia się (rozdziela) i jest chemicznie reaktywny, zwłaszcza w obecności wody. Najbardziej obfitym produktem reakcji chemicznej skalenia i wody są minerały gliniaste. Podczas procesu erozji do osadzania osady klastyczne tracą skaleń i zyskują większą część gliny. Inne minerały, takie jak amfibole, Miki i węglany, są stosunkowo miękkie i chemicznie reaktywne i wydają się być rzadkie lub nieobecne jako ziarna osadu w dojrzałych osadach klastycznych, chociaż kalcyt może być obecny w skałach osadowych klastycznych jako drugorzędny, cementujący minerał, który rosł podczas lityfikacji.

minerały w chemicznych skałach osadowych wytrącają się z wody i zwykle pozostają na swoim miejscu lub nie są transportowane daleko przed litowaniem. Takie osady mineralne są poddawane niewielkiej, jeśli w ogóle, erozji i transportowi. W związku z tym minerały w chemicznych skałach osadowych nie są przesiewane podczas procesu wietrzenia do osadzania, podobnie jak minerały w skałach osadowych klastycznych. W niektórych przypadkach podczas tworzenia się osadów chemicznych minerały mogą się zmieniać w wyniku reakcji chemicznych. Na przykład doloston jest chemiczną skałą osadową, która tworzy się w niektórych środowiskach przybrzeżnych przez zmianę wytrąconego kalcytu na dolomit.

oprócz minerałów, w niektórych chemicznych skałach osadowych występują minerały stałe. Na przykład materiał węglowy w węglu jest minerałem organicznym, a nie minerałem. Innym przykładem, opal, jest chemiczna skała osadowa, która nie ma w pełni rozwiniętej sieci krystalicznej, a zatem jest mineraloidem.

osady

cienka rzeka biegnąca przez głęboki kanion, widziana z powietrza

Rysunek 2. Woda eroduje powierzchnię lądu w Dolinie Alaski o powierzchni Dziesięciu Tysięcy dymów.

piaskowiec jest jednym z powszechnych typów skał osadowych, które tworzą się z osadów. Istnieje wiele innych typów. Osadami mogą być:

  • fragmenty innych skał, które często zostały zniszczone na małe kawałki, takie jak piasek, muł lub glina.
  • materiały organiczne, czyli pozostałości niegdyś żywych organizmów.
  • wytrąca się substancja chemiczna, która zostaje po odparowaniu wody z roztworu.

skały na powierzchni ulegają mechanicznemu i chemicznemu wietrzeniu. Te fizyczne i chemiczne procesy rozbijają skały na mniejsze kawałki.

  • fizyczne wietrzenie po prostu rozbija skały.
  • chemiczne wietrzenie rozpuszcza mniej stabilne minerały.

te oryginalne elementy minerałów kończą się roztworem i mogą powstawać nowe minerały.

osady są usuwane i transportowane przez wodę, wiatr, lód lub grawitację w procesie zwanym erozją (ryc. 2).

osoba chodząca wzdłuż koryta rzeki. Na korycie rzeki znajduje się wiele skał.

Rysunek 3. Rzeka zrzuca osady wzdłuż koryta i na brzegach.

strumienie przenoszą ogromne ilości osadów (ryc. 3). Im więcej energii ma woda, tym większa cząstka może przenosić. Rwąca rzeka na stromym zboczu może być w stanie przenosić głazy. Ponieważ strumień ten zwalnia, nie ma już energii do przenoszenia dużych osadów i będzie je opuszczać. Wolniej poruszający się strumień przenosi tylko mniejsze cząstki.

osady odkładają się na plażach i pustyniach, na dnie oceanów oraz w jeziorach, stawach, rzekach, bagnach i bagnach. Lawiny zrzucają duże stosy osadów. Lodowce pozostawiają również duże stosy osadów. Wiatr może transportować tylko piasek i mniejsze cząstki. Rodzaj osadu, który jest osadzony będzie określać rodzaj skały osadowej, które mogą tworzyć. Różne kolory skał osadowych są określane przez środowisko, w którym są osadzone. Tworzą się czerwone skały, w których obecny jest tlen. Ciemniejsze osady tworzą się, gdy środowisko jest ubogie w tlen.

formacja skał osadowych

kilka osób stojących na masywnym klifie z piaskowca z widokiem na ocean. Piaskowiec ma wyraźne prążkowanie.

Rysunek 4. Urwisko zbudowane jest z piaskowca. Piaski zostały zdeponowane, a następnie lithified.

nagromadzone osady twardnieją w skale przez litowanie, jak pokazano na fig.4. Do lityfikacji osadów potrzebne są dwa ważne kroki.

  1. osady są ściskane razem przez ciężar leżących na nich osadów. To się nazywa zagęszczanie. Cementowane, nieorganiczne osady stają się skałami klastycznymi. Jeśli zawiera się Materiał organiczny, są to skały bioklastyczne.
  2. płyny wypełniają przestrzenie między luźnymi cząstkami osadu i krystalizują, tworząc skałę przez cementowanie.

wielkość osadu w skałach osadowych klastycznych jest bardzo zróżnicowana (patrz Tabela 1).

Tabela 1. Sedimentary rock sizes and features
Rock Sediment Size Other Features
Conglomerate Large Rounded
Breccia Large Angular
Sandstone Sand-sized
Siltstone Silt-sized, smaller than sand
Shale Clay-sized, smallest
moneta na szarym kamieniu osadzona w białych kryształach

Rysunek 5. Parowiec, Halit, na bruku od Morza Martwego, Izrael.

gdy osady opadają ze spokojniejszej wody, tworzą poziome warstwy. Jedna warstwa jest osadzana pierwsza, a druga warstwa jest osadzana na niej. Więc każda warstwa jest młodsza od warstwy pod nią. Gdy osady twardnieją, warstwy są zachowane. Skały osadowe powstałe w wyniku krystalizacji osadów chemicznych nazywane są chemicznymi skałami osadowymi. Jak omówiono w rozdziale „minerały Ziemi”, rozpuszczone jony w płynach wytrącają się z płynu i osiadają, podobnie jak Halit na fig.5.

biochemiczne skały osadowe tworzą się w oceanie lub słonym jeziorze. Żywe stworzenia usuwają jony, takie jak wapń, magnez i potas, z wody, aby tworzyć skorupy lub tkanki miękkie. Kiedy organizm umiera, tonie na dnie oceanu, aby stać się osadem biochemicznym, który następnie może zostać zagęszczony i scementowany w litą skałę (ryc. 6).

mała skamieniała Rozgwiazda osadzona w kamieniu

Rysunek 6. Skamieniałości w skale biochemicznej, wapiennej, w formacji Carmel w stanie Utah.

Tekstury skał osadowych

w osadach klastycznych Tekstura osadowa obejmuje wielkość ziarna, zaokrąglanie i sortowanie ziaren, z których wszystkie są związane z tym, co stało się z osadem podczas procesu wietrzenia do osadzania.Ponieważ procesy, które prowadzą do powstawania chemicznych skał osadowych, nie obejmują procesu odkładania się, nie ma powszechnie uzgodnionego schematu tekstury, który dotyczy chemicznych skał osadowych.

Tekstury klastyczne

Tekstury klastyczne osadowe są opisane pod względem wielkości ziaren osadu, ich okrągłości i stopnia sortowania.

charakterystyka ziarna

Średnica lub szerokość ziarna osadu klastycznego określa jego wielkość ziarna. Konkretne zakresy wielkości ziarna mają określone nazwy.

  • żwir to ogólna nazwa dużych ziaren osadu, które obejmują głaz, bruk i żwir.
  • piasek zawiera ziarna osadu o wielkości od 2 mm do 0,625 mm.
  • Muł to nazwa ziarna osadu o wielkości od 0,625 mm do 0,0039 mm.
  • błoto jest najmniejszym rozmiarem ziarna i jest również znane jako glina. Ważne jest, aby odróżnić wielkość ziarna zwanego gliną od minerału zwanego gliną. Ziarna wielkości gliny są zbyt małe, aby zobaczyć je pojedynczo bez pomocy mikroskopu.

Zaokrąglanie

ziarna osadu klastycznego mogą być okrągłe, kątowe lub pomiędzy (podangular lub subrounded). Breccia to klastyczna skała osadowa, która z definicji składa się w dużej mierze z ziaren kanciastych o wielkości żwiru lub większej. Konglomerat, Inna skała osadowa, składa się w dużej mierze z zaokrąglonych ziaren o wielkości żwiru lub większej. Poniższy schemat pokazuje klasy zaokrąglenia, od lewej: kątowe, podprzestrzenne, podprzezroczyste, zaokrąglone. Nie pokazane są bardzo kątowe i dobrze zaokrąglone, które są mniej powszechne.

schemat czterech klas zaokrąglenia pokazujących kątowe, podangularne, podokrągłe i zaokrąglone.

sortowanie

stopień, w jakim wszystkie ziarna są tej samej wielkości, jest znany jako sortowanie. Jeśli wszystkie ziarna są tej samej wielkości, są dobrze posortowane. Niektóre piaskowce są dobrze posortowane, a niektóre nie. Większość konglomeratów jest słabo posortowana i składa się z mieszaniny ziaren o rozmiarach od piasku do żwiru. Poniższe Schematy przedstawiają słabo posortowane, umiarkowanie posortowane i dobrze posortowane osady.

schemat sortowania słabego, o ziarnistościach od bardzo małych do dużychschemat sortowania umiarkowanego, o ziarnistościach od średnich do dużychschemat dobrze posortowanego, o dużych ziarnach

inne aspekty tekstury

inne aspekty klastycznej tekstury osadowej obejmują pakowanie ziaren, porowatość skały i twardość skały jako całości.

pakowanie ziaren dotyczy tylko słabo posortowanych osadów, w których drobniejsze klasty tworzą matrycę wokół grubszych klastrów. Jeśli duże ziarna stykają się ze sobą, mówi się, że opakowanie jest podparte klastrami. Jeśli gruboziarniste ziarna są oddzielone i nie stykają się ze sobą, z drobnoziarnistym osadem między nimi, mówi się, że szczeliwo jest podparte matrycą.

porowatość skały lub osadu to ilość pustej przestrzeni między ziarnami osadu.

twardość skały odnosi się do tego, jak łatwo się rozpada. Łupek jest twardszy od gliny, na przykład.

jak rozpoznać skały osadowe

Tekstury klastyczne

nazwy zwyczajowe klastycznych skał osadowych—konglomeratu, piaskowca, mułu i łupków—opierają się wyłącznie na wielkości ziaren. Istnieją jednak bardziej precyzyjne nazwy w ramach tych szerszych kategorii, które opierają się na cechach osadów klastycznych innych niż wielkość ziaren. Breccia to klastyczna skała osadowa odróżniająca się od konglomeratu kątowością jej klastrów.

klastyczna skała osadowa zbudowana z ziaren wielkości piasku kwalifikuje się jako piaskowiec, niezależnie od tego, z jakich minerałów zbudowane są ziarna. Bardziej kompletne nazwy różnych piaskowców opierają się na ich składzie mineralnym. Niektóre piaskowce są wykonane prawie w całości z kwarcu. Piaskowiec wykonany praktycznie w całości z kwarcu nazywany jest arenitem. Inne piaskowce mają dużo skalenia zmieszanego z kwarcem. Takie piaskowce nazywane są arkozą. Inne piaskowce są mieszaniną skalenia, kwarcu, gliny i małych fragmentów „litowców”, ciemnoczerwonych minerałów i fragmentów skał, które reprezentują mineralogicznie niedojrzałe osady. Takie piaskowce są technicznie znane jako wapienie litowe, chociaż geolodzy często nazywają je starą nazwą, graywackes, a Skały są czasami nieformalnie określane jako „brudne piaskowce.”

korzystając z tabeli klasyfikacji skał osadowych, która towarzyszy tej sekcji, zobaczysz, że klastyczne skały osadowe są klasyfikowane na podstawie wielkości ziaren. Piaskowce to skały zbudowane z ziaren piasku. Łupek jest warstwową skałą osadową zbudowaną z drobnych ziaren błota, zbyt małych, aby zobaczyć je gołym okiem.

Tekstury chemiczne

kluczem do nazwania chemicznych skał osadowych są minerały, z których są zbudowane. Na przykład wszystkie wapienie składają się głównie z kalcytu mineralnego. Sól kamienna zbudowana jest z minerałów solnych, takich jak Halit. Skała gipsowa zbudowana jest z gipsu mineralnego. Chalcedon jest wykonany z kwarcu mikrokrystalicznego, ziarna kwarcu tak maleńkiego, że nie można ich odróżnić nawet przy użyciu standardowego mikroskopu optycznego.

Tabela 2 przedstawia kilka typowych skał osadowych.

Tekstury biochemiczne

biochemiczne skały osadowe tworzą się z pomocą przeszłego życia. Może to być w postaci skamieniałości, muszli lub szczątków roślinnych. Na przykład węgiel składa się z szczątków roślinnych.

Tabela 2. Common Sedimentary Rocks
Picture Rock Name Type of Sedimentary Rock
Many tiny rocks stuck together into a big rock Conglomerate Clastic (fragments of non-organic sediments)
Angular stone fragments stuck together in a a fine-grain matrix Breccia Clastic
Sandstone, with straight striations Sandstone Clastic
Siltstone, a fine-grained stone Siltstone Clastic
A slab of shale, a soft, finely stratified sedimentary rock Shale Clastic
Rock salt, small asymmetrical white crystals Rock Salt Chemical precipitate
Gypsum, a soft white or gray mineral Gypsum Chemical precipitate
Dolostone, a speckled, light stone Dolostone Chemical precipitate
Limestone, a gray stone Limestone Biochemical
Coal, a brownish-black stone that can be burned for fuel Coal Biochemical

Sedimentary Rock Classification

Clastic Sedimentary Rocks
Grain Size Rounding sortowanie Nazwa skały
żwir Gruboziarnisty
(> 2 mm)
kątowy słabo breccia
zaokrąglony słabo
piasek średni
(0.0625–2 mm)
variable variable sandstone
rounded to subangular well to moderately quartz arenite— >90% quartz
subrounded to angular well to moderately arkose— >25% feldspar
subangular to angular moderately to poorly graywacke—high % lithics, clay matrix
silt fine
(0.004–0.0625 mm)
variable well siltstone
clay extra fine
(< 0.004 mm)
niewidoczny dobrze łupki—pękają wzdłuż płaszczyzn ściółkowych
mudstone—brak płaszczyzn ściółkowych
claystone—czysta glina mineralna, bardzo miękka
Chemical & biochemiczne skały osadowe
minerał cechy wyróżniające nazwa skały wspólne środowisko deponowania
kalcyt miękki niż szkło, reaguje na hcl wapień ciepły płytki ocean
kalcyt widoczne skamieniałości, bardziej miękkie niż szkło, reagują na HCl skamieniały wapień (biochemiczny) ciepły płytki ocean
dolomit biały do różowego, bardziej miękki niż szkło, reaguje na HCl tylko wtedy, gdy jest sproszkowany doloston Laguna Solna
kalcyt szary lub brązowy, porowaty, reaguje na HCL trawertyn odparowana woda źródlana lub jaskiniowa
kalcyt biały, sypki, reaguje na hcl kreda ciepły płytki ocean
kwarc mikroskopijny złamanie stożkowe chert deep ocean floor
microscopic quartz red, conchoidal fracture jasper deep ocean floor
microscopic quartz black, conchoidal fracture flint nodules in limestone
microscopic quartz translucent, layered, conchoidal fracture agate nodules in volcanic rocks
microscopic quartz white, powdery diatomite lakes in volcanic environments
carbon black, soft, low density węgiel (biochemiczny) silnie zarośnięte bagno
Halit smakuje jak sól, sześcienne kryształy i dekolt sól kamienna odparowująca woda
gips miękki niż paznokieć gips skała odparowująca część wody

zastosowanie skał osadowych

skały osadowe są wykorzystywane jako kamienie budowlane, chociaż nie są tak twarde jak skały magmowe lub metamorficzne. W budownictwie wykorzystywane są skały osadowe. Do produkcji betonu stosuje się piasek i żwir; stosuje się je również w asfalcie. Wiele cennych gospodarczo zasobów pochodzi ze skał osadowych. Rudy żelaza i aluminium to dwa przykłady.

Sprawdź swoje zrozumienie

Odpowiedz na poniższe pytania, aby zobaczyć, jak dobrze rozumiesz tematy omówione w poprzedniej sekcji. Ten krótki quiz nie liczy się do twojej oceny w klasie i możesz go powtórzyć nieograniczoną liczbę razy.

Użyj tego quizu, aby sprawdzić swoje zrozumienie i zdecydować, czy (1) przestudiować poprzednią sekcję dalej, Czy (2) przejść do następnej sekcji.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *